浏览次数：222 发布时间：2023-02-08 09:30:21
基于大带宽、低时延、高速率的传输特性，5G融合应用已在工业、医疗、教育、交通等多个行业领域发挥赋能效应。截至今年6月底，5G融合应用覆盖国民经济40个大类，应用案例数超过2万个。5G不仅带来更高速、优质的网络体验，也为数字经济的发展“修好桥、铺好路”。本文特梳理国内7位院士关于5G应用与发展的重要观点，以供参考阅读。
中国工程院院士邬贺铨：5G是数字化转型数据大通道
2022年第一季度，中国5G的平均下行速率达到335Mbps，是同期4G的8.5倍；上行速率是同期4G的3.2倍。5G是一个通信技术，但它的重要性体现在“云网边端”的生态中，5G+云将推动全社会数字转型的加速，起到数据大通道的作用。
5G能力明显提升，后续演进还在加速5G建设3年来，运营商共投资5G网络4772亿元，同时去年5G直接产生的经济效益是1.3万亿元，带动的增加值大约3000亿元。今年第一季度，中国5G的平均下行速率335Mbps，是同期4G的8.5倍；上行速率是同期4G的3.2倍。“大家都关心5G的功耗问题，5G因为容量大，基站的能耗要比4G高。在2019年的时候5G基站功耗是4G基站的10倍，但是去年已经下降到4G基站的3倍，预计到2025年降为4G的2倍。尽管看上去还高，但是换算到单比特的传输效率，5G的能效是4G的10倍。5G经过3年商用，技术水平有明显提升，这表现在5G的高带宽、低时延、高精度定位、大连接、高可靠等几个方面。邬贺铨说，尤其是在大连接上，5G实现了对大带宽的移动互联网的支撑，速率达到了100Mbps以上；也有对中速的移动互联网所支撑，速率处于50Mbps~100Mbps之间；还支持每平方公里100万的物联网和无源物联网连接。5G的后续演进还在加速，一方面加快网络融合技术的进步，另一方面瞄准标准增强能力。5G可以融合IPv6产生更多有价值的应用。如IPv6地址中包括所传输的业务以及对网络性能的要求，可以利用IPv6准确地感知业务需求；IPv6跟5G切片技术融合，可以针对某一种业务单独提供专用信道。5G本身还具有将核心网控制面和用户面解耦分离的能力，利用这一能力，可以实现基于5G专网传输的企业数据不用出企业，而是留在本地。而IPv6可以识别数据流应在企业内部还是在企业外部，以此来保障企业数据的安全。5G推动IT与DT融合，在“云网边端”中更具价值5G是一个通信技术，但它的重要性可以在云网边端的生态中得到更好体现，它起到一个数据大通道的作用。工业互联网各种应用就是要通过将各种工业环境的数据聚集起来，成为闭环，发挥数据要素的作用。5G不仅与IT进行融合，还进一步融合了OT，并推动5G工业模组升级为新型的5G工业网关，实现了CT与IT、OT的无缝融合，使工业系统向IP化、扁平化、智能化方向发展。例如在远程智能管控上，5G已经有很多应用。邬贺铨说，在一个码头的吊车上可以装上几个摄像头，通过WiFi聚合到5G CPE，以千兆的方式传到遥控中心，工人就可以实现远程遥控。这种方式能耗下降20%，综合运营成本下降10%，减少人力60%。在大庆油田也利用这种类似的技术，实现在采掘机、挖采油机到生产控制中心的控制。在北京三一重工的“黑灯工厂”，便利用了这种精准的重载机器人上的5G传感器。在煤矿上，也装了很多5G摄像机和传感器，跟矿山的机械连在一起，然后再将数据送到井面上，实现对井下设备的遥控。基于机器视觉的质检也成为5G一项重要的应用。电力巡检中，以5G无人机装载高清摄像头，可以实现电力的无人巡线，效率从过去巡查一条线路需要10天降低到2个小时。据统计，在全国生产线上用目测检验产品质量的工人有250万人，尽管这些工人都很认真，但是也避免不了差错。在杭州汽轮机集团，实现了用5G 3D激光扫描，通过激光扫描机器的零件，可以获得机器所有的外围参数，用5G连接上云，机器零件可以还原为一个三维的模型，跟理论模型比对，就很容易发现哪个地方有加工偏差。类似的机器视觉，也在钢板质量检测、飞机的蒙皮检测中有实际的应用。机器视觉的应用还有另外一种，工人戴上AR眼镜，拿起一个零件的时候，可以直接把这个零件拍下来，通过5G上传云端，跟预存的合格、不合格的模型比较，能实现准确的质量检测。5G+云平台推动产业链上下游协同另外，企业通过5G+云平台可以将产业链供应链上下游衔接起来。例如，对汽轮机的零部件检验，过去要把所有零部件放在一起检验，现在可以在云平台上做。邬贺铨说，我们看到橙色云设计公司搭建了一个设计平台，平台提供各种设计工具软件，中小企业可以在这里发布产品设计需求，平台分解设计任务和组织研发并集成完整的成果，在这一平台上，设计需求和设计提供方被组合了起来。深圳云工科技做了一个云在线制造服务平台，他们把供应商和采购商结合起来，平台上有20万家采购商在线发布需求、找厂验厂、报价下单；上万家供应商在线获客 、报价接单。去年上半年这个平台撮合采购100多亿元，增长480%。徐工集团也打通了供应链的前后左右，将供应链的平台进行整合，供应链按时交货、订货到生产周期、供应链成本、仓库利用率、库存周转率等多个方面都有效能提升。在黑龙江佳木斯建设的三江垦区也实现了“5G无人农场”。农场利用无人自动驾驶，实现了无人化生产作业。还可以利用自动水位检测仪和数据上云分析，启动或关闭灌溉系统。5G无人机的AI摄像头可以拍出水稻叶片，数据上云分析后，可以预测水稻的生长和病虫害防治。我国5G网络的部署和性能，现在可以支撑智慧城市、数字乡村和各行各业的应用。目前要继续开发针对更高行业应用需求的5G专用企业网，着力降低5G模组成本。5G、新一代信息技术的广泛部署，使得中小企业不需要做复杂的信息技术投资，只需要配置5G客户终端就可以直接上云，节省了企业数字化转型投资。在营造生态上，希望政府能够开放政府掌控的数据资源和应用场景，鼓励互联网平台企业、运营商与中小企业合作，培育上云的应用。
中国工程院院士周济：5G+工业互联网是制造业转型升级的关键支撑
5G的蓝海在工业互联网，工业互联网的蓝海则是数字中国。5G+工业互联网是建设制造强国的关键支撑，同时，智能制造又为5G+工业互联网开辟广阔的应用市场。5G+工业互联网的融合发展是更大范围、更深层次、更高水平的技术开发，将为智能制造的发展提供关键支撑。它有三个方面的作用，分别是连接、传输和赋能。在5G+工业互联网的支持下产生大数据，在大数据基础上又衍生出各类智能产品，如智能手机、智能汽车、智能家电等，进一步促进行业的转型升级。5G+工业互联网赋能制造领域，将为产品和装备的创新插上腾飞的翅膀，开辟更为广阔的天地。如今，在智能工厂，5G+工业互联网提供了一个更加广阔的应用空间，在生产制造环节，原有的装备、产线、车间、工厂将发生革命性变革。在汽车、家电、石化、炼钢、矿山、油田、电力、港口等领域，5G+工业互联网已有较为成熟的应用，为行业带来了巨大的变化。另外，5G+工业互联网还是模式的关键支撑。因为数字化、网络化、智能化技术的应用使服务性质发生变化，主要体现在从以产品为中心到以用户为中心的根本性转变。造成的结果是，在生产模式、组织模式、产业模式方面发生根本性变革。一个典型的例子是，上海商飞集团用5G技术进行设计，5G+工业互联网赋能科技，向服务型制造转变。
总之，智能制造最重要的是把各个子系统集合起来，包括三个方面：一个是纵向，是企业内部的；一个是横向，企业与外部的信息集成；再一个是产品内部端到端集成，是动态系统集成，在特定产品内部组成新的网络。在制造领域应用5G+工业互联网，可以为产品在设计研发、生产制造、营销售后等各个环节带来革命性变化。
中国科学院、中国工程院院士李德仁：5G产业不平衡亟待突破 6G竞争将更加激烈
5G带来了巨大的机遇，而中国目前已经成为全球5G的领跑者。如果说4G改变生活，那么5G将改变整个社会；如果说4G服务于人，那么5G基于万物互联而服务行业。5G的速率快、延迟短等一系列技术特点，决定了其拥有改变社会的能力。5G下载的峰值速率理论上可以达到20Gbit/s，是4G的20倍。5G凭借着增强移动宽带(eMBB）、海量机器类通信(mMTC)和超高可靠低时延通信(uRLLC) 这三个典型的技术特点，可以实现超高清视频、VR/AR等创新应用，进行智慧物流、智能生态、智慧城市的管理，应用于自动驾驶、机器人无人操作、工业互联网、远程医疗、智能电网等领域。5G大大增强了移动通信技术服务垂直行业的能力。5G典型的垂直行业应用包括视频识别分析、VR/AR业务、工业物联、车联网与智慧交通等。以视频识别分析为例，5G的高速传输特性，使得人脸识别、移动检测和全景监控得以实现实时化。VR/AR业务则因为5G的到来，能够将大量的计算放在云端进行，降低用户的使用门槛。在工业物联领域，智能制造、医疗机器人以及无人机通信都将因为5G的低时延特性而成为现实。在车联网与智慧交通领域，网联汽车、汽车辅助驾驶安全以及车路协同提高交通效率也都会成真。目前，作为全球5G发展的领跑者，中国5G产业如何继续巩固优势呢？对此，李德仁指出：“我国5G产业发展不平衡的局面亟待进一步打破”。具体来看，中国5G产业下一步发展仍然面临着四大挑战：第一，关键元器件与核心芯片依然薄弱；第二，缺少典型示范应用拉动5G产业发展；第三，垂直行业应用面临跨界融合难题；第四，运营商面临5G建网成本和应用创新难题，“如何把投入的资金赚回来是值得我们深度思考的问题”。这四大挑战，正是中国5G产业下一步发展的着力点，既需要坚定投入打破垄断，又需要跨界合作实现共赢。 “6G愿景，是使人类社会进入泛在智能化信息社会”，李德仁表示，“6G需要我们去解决更多的问题，中国与美国有个激烈的竞争过程，只有不断探索、不断努力，才能实现6G愿景”。4G与5G作为陆地移动通信系统所具有的局限性，是6G产生的重要驱动力。李德仁指出，“目前，移动通信服务的人口覆盖率约为70%，但受制于经济成本、技术等因素，仅覆盖了约20%的陆地面积，小于6%的地球表面积。例如，中国有80%以上的陆地面积和95%以上的海洋面积没有被移动通信网络覆盖。”事实上，无论是高山、湖泊，还是森林、海洋，人迹所至之处都需要移动通信服务。而6G就是要把“地上的5G”与“天上的中高低轨卫星移动通信技术”融合在一起，把通信与计算、导航、感知、只能等技术融合在一起，通过智能化移动性管理控制，建立“空、天、地、海”无处不在的移动通信网络，实现全球泛在覆盖的高速宽带通信。“6G将使人类社会步入泛在智能化信息社会，具有更高的接入速率、更低的接入时延、更广的通信覆盖等”，李德仁总结道。如同5G一样，6G时代同样也面临着激烈的竞争。“6G时代要实现空、天、地、海全领域的全覆盖，实现各种通信服务端的覆盖，这是一个非常艰巨的任务；与此同时，美国已经拥有了领先优势，因此我们不能大意，中国与美国在6G时代将有一个非常激烈的竞争过程”，李德仁特别强调。值得注意的是，6G时代将产生无处不在的时空大数据。时空数据获取将从空、天、地专用传感器扩展到物联网中上亿个无所不在的非专用传感器，从而产生前所未有的时空大数据。
中国工程院院士张平：5G成为工业互联网核心组成部分
当前我国5G技术发展仍处于起步阶段，业界要在打造低时延、高可靠、高安全的无线网络方面继续努力，同时还要探索良好的商业模式。目前，5G在柔性制造场景中得到了广泛应用，包括传感器、机械臂、装配车间等都得到了良好的推广和应用，但是仍需进一步推进。5G应用也面临不少挑战。过去，无线网络主要实现的是人与人之间的信息接收，而工我业互联网时代，则是面向机器的自主感知，这两者的差别是巨大的。当前国工业互联网的发展还存在较大发展空间。从网络层面上看，无线感知和控制、通信仍是分离的。未来的工业应用场景，尤其是人工智能、自动驾驶、区块链、物联网等技术的应用，对时间敏感提出了新的要求，需要云、边、端的算力资源支撑计算密集型业务的实时高效处理。工业互联网的信道建设也是应该关注的重点。工业互联网建设要充分考虑工厂和普通环境的差异。工厂环境中往往布满金属反射体，机器会受电磁干扰，从而影响生产装配。与此同时，信道本身的特点、穿透损耗增加、反射强度增加、电磁噪声等也会给生产带来影响。因此，业界要关注工业互联网的信道建设，尤其要关注路径损耗、阴影衰落和参数。传统的满足人与人之间通信需求的协议，不再适用于工业互联网的发展。传统的通信协议主要是基于人与人之间的沟通场景，这种协议在机器时代是不适用的，业界需要变革协议方式。在这个过程中，尤其需要关注一些难点，比如传统的架构层级是固化的，层级高、流程长、核心网时延大等特点为改造带来了很大挑战。同时感知、通信、控制各波段是分离的，今天面向工业互联网的建设需要，时序问题需要重新考虑，要进行有效的感知、排序。这需要变通我们的架构以及交互协议，需要传感一体化的网络，这是未来很好的方向。对于未来的技术演进，张平认为，业界要合力打造“感-传-算-用”一体化的无线网络架构，以及可灵活配置、可信的交互协议，满足工业互联网安全、可靠、确定时序的要求，让5G和工业互联网更好地为各行各业的数字化转型赋能。
中国工程院院士高文：5G+8K+AI生态联合推动超高清产业发展
作为5G很重要的“杀手级”应用，5G与视频的融合前景无限。业界预测，2022年深圳 8K核心产业的规模大概会到800亿元，带动相关产业规模将达到4000亿元。此前，工信部、国家广播电视总局、中央广播电视总台联合印发《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》，明确将按照“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线，大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用。《行动计划》提出，2022年，我国超高清视频产业总体规模超过4万亿元 ，4K产业生态体系基本完善，8K关键技术产品研发和产业化取得突破，形成一批具有国际竞争力的企业。工业中的视频监控，既需要大带宽又需要低延迟，也是最理想的5G应用之一。目前，各国都很重视 5G 在工业视频监控上的应用。”高文同时表示，超高清视频产业发展面临的挑战之一就是视频压缩技术。因为视频数据量非常大，而且数据来源涵盖分辨率、采样精度、针率、色域、码流五大维度。“我们现在最好的技术，可以把超高清视频可以压缩到600分之一。先进、自主、开放的数字音视频编解码技术标准对我国相关产业和领域发展具有重要支撑作用。数字音视频编解码技术标准工作组（AVS）是由原信息产业部科学技术司于2002年6月批准成立的标准组织，有力地解决了我国数字音视频领域的知识产权问题，完成三代AVS标准的制定，在该领域实现了从跟跑、并跑到领跑的跨越式发展。视频技术有了5G加持以后，可以在很多领域做文章，引发智慧医疗、智能交通、航天探测、精密仪器制造等产业变革。例如，北京2022年冬奥会和冬残奥会采用了AVS3标准，助力实现奥运史上首次通过8K视频技术直播开幕式和转播重要赛事的目标；打造冰雪项目交互式多维度观赛的全新视觉体验，使用户通过虚拟现实设备、8K电视和户外大屏收获极致享受，成为“科技冬奥”的一大亮点。视频和体育结合可以展开更多的应用。此外，如何把视频与AI结合也值得深挖。
5G+8K+AI，给视频应用带来了更好的视觉体验、更快的响应速度，三者的充分结合也是用好5G的先决条件；5G+8K+AI是一个生态联合起来做的事情，需要多方面的交互组合。在视频产业发展中，中国的标准已经站住脚，并有了自己的学术地位和产业规模。未来我们有更好的机遇来来推动视频产业发展，对整个5G甚至6G的发展也会有所帮助。
中国工程院院士刘韵洁：5G的应用主要是解决行业垂直的应用
工业互联网、全息通信、8K与VR等业务的发展对网络提出了一系列新的要求与挑战。 “互联网发展到现在可以分三个阶段，基本是20年一个周期，现在正好进入到从消费领域转入到实体经济的阶段。”刘韵洁说，但是能不能进入到实体经济、怎么进入实体经济，还有许多挑战。他举例说，进入实体经济以后，需要确定性、低时延、安全的网络，否则工业互联网的产业无法完成跟互联网结合的这样一个命题。 刘韵洁举例说，工业互联网对网络的要求中，有的时延在1ms，有的要求时延10ms，有的要求抖动不能够超过1微秒。所以必须要解决抖动的问题与低时延的问题。同时，他表示，不光在工业互联网，在医疗、在无人机控制都需要这样低时延的网络。 而对于数字经济，刘韵洁认为是个大概念，在哪个领域都有数字经济。他举例说，在工业数字经济里面就要解决两个问题，一个是工厂外网络，就是企业与企业之间的联网，要做到价值链的重造，像阿里的购物平台一样，可以实现全球买、全球卖，“如果在工业界实现全球买、全球卖，必须要有一个安全、有质量保证的外网。”他说，另外一个，对于企业内网来说，通过内网的改造、提升，才能提高效率，提高质量或者提高核心竞争力。 刘韵洁认为，5G的应用主要是解决行业垂直的应用。工业互联网、车联网都需要解决稳定性和低时延等问题。低时延、确定性网络能够实现，那数字经济、智慧城市及工业互联网就能落地，帮助企业解决更多问题。
中国工程院院士葛世荣：5G为智能煤矿变革赋能
在‘碳达峰、碳中和’目标提出后，煤炭的开采和应用在逐步减少，这势必会使煤炭产业结构发生变革，智能化是其中一个重大变革。我国煤矿和矿山开采实现智能化，要靠5G和高性能通信做支撑。要实现从有人开采到无人开采、固态燃烧变为气液利用、煤电流程变为清洁低碳、破坏环境变为生态重构这四个环节，与智能化、高性能通信是分不开的。我国是世界上第一个提出煤矿要实现机器人化和到2035年所有煤矿基本实现智能化发展战略的国家。目前，5G在我国矿井应用广泛，实际上我国已经建成了全球最大深地5G矿井群。他举例谈到，2022年山西省将推动建设40座煤矿5G系统，全国煤矿也将实现近百处。“我们有4200多处煤矿，23000多处的非煤矿山，一共28000多处矿山，如果在未来20年乃至10年实现智能化，5G甚至是6G都有着相当大的需求市场。”“5G和高性能通信，具体能在煤矿做什么呢？”葛世荣回答道，利用它们能够感知煤矿的灾害，感知煤流系统和感知生产装备，实现安全高效生产。他同样举例：“去年华为和中国移动在神东矿区构建了鸿蒙操作系统，中国矿业大学（北京）参与其中。这个系统和5G联合起来使用，实现了设备互联、人机互联和整个生产系统的互联，得到了推广应用，效果非常好。”对于社会大众关心的煤炭低碳开发利用问题。葛世荣认为，通过智能化技术实现低碳排放是有可能的。“如果我国能实现煤炭清洁高效利用，用以酶基能源为主的结构来保障我们国家的能源支撑，即使发生某些极端情况，也可以提供30%的煤基能源支撑，同时它的二氧化碳排放量不会超过5亿吨。那么40年之后，这项技术对保障国家能源安全可起到重大作用。
